PENGARUH WAKTU SEMPROTAN AIR LAUT TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM PADUAN TUGAS AKHIR - Pengaruh waktu semprotan air laut terhadap sifat fisif dan mekanis alumunium paduan - USD Repository

  

PENGARUH WAKTU SEMPROTAN AIR LAUT

TERHADAP

SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM PADUAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh:

  

ANTONIUS AGUS PRIHARTANTO

NIM : 025214118

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

PENGARUH WAKTU SEMPROTAN AIR LAUT

TERHADAP

SIFAT FISIS DAN MEKANIS ALUMINIUM PADUAN

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh:

  

ANTONIUS AGUS PRIHARTANTO

NIM : 025214118

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

THE EFFECT OF SEA WATER SPRAY

ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES

OF ALUMINIUM ALLOYS

FINAL PROJECT

Presented as Partial fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  

In Mechanical Engineering

By :

  

ANTONIUS AGUS PRIHARTANTO

Student Number : 025214118

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, Januari 2008 Antonius Agus Prihartanto

  

! ! ! ! """"

25 Februari 2008

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yesus Kristus yang telah memberi

berkat, semangat, harapan baru, rahmat dan cinta kasih yang berlimpah di dalam

penulisan tugas akhir ini hingga selesai.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi

mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan lulus sebagai Sarjana Teknik.

  

Dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai

pihak, baik berupa materi, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

  1. Romo Ir. Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

  3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dosen pembimbing akademik..

  4. Bapak Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

  5. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  

6. Bapak. Martono, Bpk. Ronny, Bpk. Intan dan semua Laboran yang lain.

  7. Kepada orang tua dan saudara-saudara saya, terimakasih atas dukungan

  

8. Teman-teman kost, teman-teman se-angkatan 2001 Alex, Roy, Baja,

Rony, dll.

  

9. Rekan-rekan dan semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas

akhir ini.

  Yogyakarta, Januari 2008 Antonius Agus Prihartanto

  INTISARI

  Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah berupa paduan aluminium (hasil fabrikasi) dengan komposisi kimia 94,04% Al, 2,73% Si, 0,58% Cu dan unsur-unsur lainya sebesar 2,65%. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis paduan aluminium setelah di semprot dengan air laut, juga dilakukan pengujian pada saat kondisi awal ( hasil fabrikasi ).

  Proses penelitian yang dilakukan adalah paduan aluminium yang disemprot dengan air laut dengan perbandingan 1 : 3 selama 5 hari dan 7 hari dan perbandingan 1 : 4 dengan lama penyemprotan 5 hari dan 10 hari. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik, uji kelelahan, dan analisis struktur mikro dan makro.

  Kekuatan tarik dan regangan pada paduan aluminium yang mengalami penyemprotan 1 : 3 selama 5 hari dan 7 hari, tidak terjadi perubahan yang signifikan bila dibandingkan dengan penyemprotan 1 : 4 selama 5 hari dan 10 hari. Paduan aluminium yang mengalami penyemprotan 1 : 3 selama 5 hari dan 7 hari lebih baik kekuatan lelahnya dari pada penyemprotan 1 : 4 selama 5 hari dan 10 hari. Struktur kristal paduan aluminium tidak mengalami perubahan. Perbandinganan 1 : 3 adalah 1 air tawar dan 3 air laut, 1 : 4 adalah 1 air tawar dan 4 air laut.

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL……………………………………………..........……...........i

HALAMAN PENGESAN PEMBIMBING ….........…….....................................iii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI DAN DEKAN .....................................iv

HALAMAN PERNYATAAN ….………………………………….......…….…...v

HALAMAN PERSEMBAHAN …………………….....………………….......…vi

KATA PENGANTAR ……................……………………………......………....vii

  

INTISARI ...................………………………………………......…………....…ix

DAFTAR ISI ……………………………………………...…........……………...x

DAFTAR GAMBAR……………………………………............……………....xiii

DAFTAR TABEL …....…………………………………………...…................xiv

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Penelitian................................................................1

  1.2 Tujuan Penelitian..…………………………….......…......……..…2

  1.3 Batasan Penelitian………………….………....................………...2

  1.4 Metode Penelitian ………………….......……………….....…...…2

  BAB II DASAR TEORI

  2.1 Sifat-sifat Aluminium.......................................................................5

  2.2 Produksi Alumina.............................................................................6

  2.2.1 Proses Pengolahan Alumina...........................................7

  2.2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium..........7

  2.4 Aluminium Paduan………………………………………………11

  2.8.2 Laju korosi …………………………………………..28

  3.3 Pembuatan Benda Uji……………………………………….…….37

  3.2 Bahan dan Peralatan………………………………...………….…36

  3.1 Skema Penelitian……………………………...………………..…35

  BAB III METODE PENELITIAN

  2.10 Patahan dan putus pada benda uji..................................................33

  2.9 Pengujian struktur kristal...............................................................33

  2.8.4 Lelah korosi..................................................................31

  2.8.3 Faktor – faktor yang mempengaruhi korosi.................20

  2.8.1 Macam – macam korosi ……………………………..27

  2.4.1 Klasifikasi Paduan Aluminium….………….………..11

  2.8 Korosi…………………………………………………………….25

  2.7.2 Pengujian Kelelahan……………………..………...…24

  2.7.1 Pengujian Tarik……………………………..……..…20

  2.7 Pengujian Merusak……………………………………………….20

  2.6 Pengujian Bahan……………………………….……………...….18

  2.5 Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium…………………..…14

  2.4.3 Paduan Al-Cu………………….…………………..…14

  2.4.2 Paduan Aluminium Cor……………….….…………..13

  3.3.1 Uji Tarik………………………………...………….37

  3.3.3 Struktur Mikro...........................................................40

  3.4 Pengujian Bahan……………………………………………….….40

  3.4.1 Pengujian Tarik……………………………………....40

  3.4.2 Pengujian Kelelahan………………..…………...……41

  3.4.3 Pengujian Struktur Mikro…………….…………...….42

  3.4.4 Pengujian Struktur Makro………………………...….43

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil Uji Komposisi…………………………………………...….44

  4.2 Pengujian Tarik……………………………….…………………..45

  4.2.1 Pembahasan Uji Tarik .................................................49

  4.3 Pengujian Kelelahan........................................................................49

  4.3.1 Pembahasan Uji Kelelahan..........................................54

  4.4 Pengamatan Struktur Mikro............................................................55

  4.4.1 Pembahasan Struktur Mikro.........................................58

  4.5 Pengamatan Struktur Makro...........................................................59

  4.5.1 Pembahasan Struktur Makro.......................................61

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan.....................................................................................62

  5.2 Saran................................................................................................63 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Alumina Dengan Dapur Cell..............................8Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium............................8Gambar 2.3 Hubungan Tegangan dan Regangan Uji Tarik...............................21Gambar 3.1 Benda Uji Tarik……………………………………......................37Gambar 3.2 Benda Uji Kelelahan......................................................................39Gambar 3.3 Benda Uji Kekerasan dan Struktur Mikro.....................................40Gambar 4.1 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Dengan Jenis Perlakuan..........48Gambar 4.2 Grafik Hubungan Regangan Dengan Jenis Perlakuan...................48Gambar 4.3 Grafik Hubungan Tegangan Dengan Jumlah Siklus.....................54Gambar 4.4 Kawat Dengan Ukuran Sebenarnya 0,13mm Dengan Perbesaran 200x................................................................................................55Gambar 4.5 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 3 Selama 5 hari, Perbesaran 200 ...............................................................................................56

  ×

Gambar 4.6 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 3 Selama 7 hari, Perbesaran 200 ...............................................................................................57

  ×

Gambar 4.7 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 5 Selama5 hari, Perbesaran 200 ...............................................................................................57

  ×

Gambar 4.8 Struktur Mikro Pada Kondisi 1 : 5 Selama 10 hari, Perbesaran 200 ...............................................................................................58

  ×

Gambar 4.9 Penampang Patahan Lelah Material 1: 3 Selama 5 hari.................59Gambar 4.11 Penampang Patahan Lelah Material 1 : 4 Selama 5 hari................60Gambar 4.12 Penampang Patahan Lelah Material 1 : 4 Selama 10 hari..............61

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat-Sifat Fisik Aluminium ……………………...……...........…..9Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium……………......................….......10Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor……………...........................12Tabel 2.4 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor.................................13Tabel 3.1 Ukuran Benda Uji Tarik Menurut Standar.....................................38Tabel 4.1 Komposisi Paduan Aluminium......................................................44Tabel 4.2 Data Uji Tarik Benda Uji 1: 3 Selama 5 Hari................................46Tabel 4.3 Data Uji Tarik Benda Uji 1 : 3 Selama 7 Hari...............................46Tabel 4.4 Data Uji Tarik Benda Uji 1 : 4 Selama 5 Hari...............................47Tabel 4.5 Data Uji Tarik Benda Uji 1 : 4 Selama 10 Hari.............................47Tabel 4.6 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 3 Selama 5 Hari........................50Tabel 4.7 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 3 Selama 7 Hari........................51Tabel 4.7 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 4 Selama 5 Hari........................52Tabel 4.8 Data Uji Kelelahan Benda Uji 1 : 10 Selama 10 Hari....................53

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Penelitian

  Kemajuan teknologi khususnya pada bidang industri yang semakin pesat dan permintaan akan kebutuhan konsumen dalam jumlah yang cukup besar dan kualitas baik juga tentunya, menjadi tangung jawab dan motivasi manusia untuk terus dapat mengolah dan menciptakan sesuatu yang bermanfaat dari sumber daya yang ada.

  Khususnya pada bidang teknik yang melakukan penelitian dan pengujian pada bahan- bahan yang terdapat di alam baik itu berupa bahan ferrous (yang mengandung logam) maupun non ferrous (bukan logam). Karena dari bermacam bahan yang ada tersebut mempunyai sifat dan karakter yang berbeda-beda seperti sifat fisis, mekanik, komposisi, dan mempunyai kelebihan dan kekurangan juga tentunya.

  Berdasarkan dari hal-hal tersebut, penulis akan melakukan penelitian mengenai bahan yang mengandung logam tepatnya aluminium paduan. Yang mana penelitian ini sebagai bahan tugas akhir, karena penggunaan aluminium yang semakin banyak didipergunakan dalam berbagai bidang dewasa ini. Ini disebabkan aluminium mempunyai sifat tahan korosi, tidak beracun, ringan, pengahantar panas yang baik dan mudah dibentuk.

  Sifat-sifat yang dimiliki suatu logam dapat diperbaiki dengan suatu perlakuan panas, ataupun dengan cara penambahan unsur paduan lain. Penelitian ini untuk

  2 panas. Selain dipergunakan untuk peralatan rumah tangga, aluminium banyak juga dipergunakan untuk keperluan industri diantaranya bahan untuk body pesawat terbang, mobil, kapal laut, elektronik, konstruksi dan lain sebagainya.

  1.2. Tujuan Penelitian

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh semptotan air laut terhadap sifat fisis dan mekanis pada aluminium paduan, yaitu :

  1. Kekuatan tarik

  2. Kelelahan

  3. Struktur Mikro dan Struktur Makro

  1.3. Batasan Penelitian

  Dalam penelitian ini diberikan batasan-batasan masalah agar dapat terarah dan lebih sistematis. Aluminium paduan (Al-Si-Cu) akan diuji sesudah disemprot dengan air laut dengan prosentase air laut yang telah ditentukan dengan waktu 5hari 7 hari dan 10 hari.

  1.4. Metode Penelitian

  Metode penelitian yang dilakukan adalah untuk pembuatan sampel di laboratorium teknologi mekanik. Pengujian tarik, uji kelelahan, pengujian struktur mikro dan makro dilaksanakan di laboratorium ilmu logam Universitas Sanata

  3 Dharma Yogyakarta. Metode penelitian ini, diharapkan mahasiswa mengetahui sifat- sifat fisis dan mekanis pada aluminium paduan (Al-Si-Cu).

  Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan benda uji. Penarikan dilakukan sampai bahan penelitian (spesimen) mengalami patah sehingga dapat diketahui beban maksimumnya dan alat yang digunakan adalah mesin uji tarik.

  Pengujian kelelahan dalam penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan batas lelah suatu material dengan suatu pembebanan. Untuk mengtahui karakteristik tegangan perpatahan logam yang terjadi secara berulang-ulang.

  Untuk pengujian struktur mikro pada sampel dilakukan foto struktur mikro (fasa-fasa) pada saat kondisi tanpa perlakuan, dan sesudah disemprot air laut. Maka dari sini akan diketahui sifat-sifat fisis yaitu struktur mikro dari bahan tersebut. Pada pengujian struktur makro dilakukan foto struktur makro pada permukaan patahan dari spesimen hasil uji kelelahan.

  Semua penelitian dilakukan di laboratorium ilmu logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, kecuali foto struktur makro dilakukan dengan kamera.

BAB II DASAR TEORI Aluminium merupakan unsur logam yang banyak terdapat dialam, karena

  pada kerak bumi 8 % adalah alumunium. Pertama kali alumunium ditemukan sebagai unsur oleh Sir Humprey Davy pada tahun 1809, kemudian direduksi pertama kali sebagai logam oleh Hans Cristian Oersted tahun 1825. pada tahun 1886 Paul Heriult di Prancis dan C.M.Haal di Amerika, secara terpisah telah memperoleh logam aluminium dari alumina dengan cara elektrolisa. (Ir.Surdia, Tata 1995)

  Bahan dasar aluminium berupa bauksit yaitu suatu senyawa hidroksid alumunium (Al

  2 O

  3 H 2o ) yang banyak terdapat didaerah tropis dan sub tropis yang

  memiliki curah hujan tinggi. Bauksit terbentuk dari proses pelapukan (weathering) batuan beku, yang mengandung 60 % aluminium oksida (Al

  2 O 3 ), 10 % besi oksida

  (Fe

2 O 3 ), 10 % SiO 2 dan 20 % H 2 O yang terikat secara kimiawi.

  Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. Sebagai tambahan terhadap kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni, dan lain sebagainya, secara satu persatu atau bersama-sama, memberikan juga sifat-sifat baik lainnya seperti tahan korosi, ketahanan aus, koefisien pemuaian rendah dan lain sebagainya. Material ini dipergunakan di dalam bidang yang luas.

  5

2.1. Sifat-sifat aluminium

  Keunggulan aluminium dibandingkan dengan logam lain dapat dilihat dari sifat-sifat yang dimilikinya, antara lain :

  1. Sifat utama adalah massa jenis yang rendah, berat aluminium yang hanya

  3

  sepertiga dari berat baja, berat jenis alumunium 2700 Kg/m , sedangkan

  3

  berat jenis baja sebesar 7700 Kg/m , kekuatan tarik 90 – 120 Mpa, tegangan luluh 34 Mpa, kekerasan 23 BHN dan modulus elastisitas (E)

  2 sebesar 70000 N/mm .

  2. Tahan terhadap korosi (Corrosion Resistance), untuk logam non ferro dijelaskan bahwa semakin besar kerapatannya maka semakin baik daya tahan korosinya, tetapi untuk aluminium ada pengecualian. Hal ini disebabkan oleh lapisan atau selaput tipis oksida transparan dan jenuh oksigen di seluruh permuakaan, selaput ini mengendalikan laju korosi dan melindungi lapisan di bawahnya.

  3. Sifat mekanis (Mechanical Properties), aluminium mempunyai kekuatan tarik, kekerasan, dan sifat mekanis lain yang sebanding dengan paduan bukan besi (non ferrous alloys) lainnya, dan juga sebanding dengan beberapa jenis baja.

  4. Penghantar panas dan listrik yang baik (Head and Electrical Conductivity), disamping daya tahan yang baik terhadap korosi, aluminium memiliki daya hantar panas dan listrik yang tinggi, daya hantar

  6

  5. Tidak beracun (Nontoxicity), aluminium dapat digunakan sebagai bahan pembungkus atau kaleng makanan dan minuman. Hal ini disebabkan reaksi kimia antara makanan atau minuman dengan aluminium tidak menghasilkan zat beracun yang membahayakan kesehatan manusia.

  6. Sifat mampu bentuk (Formability), aluminium dapat dibentuk dengan mudah, aluminium mempunyai sifat mudah untuk ditempa (Malleability) yang memungkinkannya dibuat dalam bentuk plat atau lembaran tipis.

  7. Titik lebur rendah (Melting Point), titik lebur aluminium relatif rendah (660

  C) sehingga sangat baik untuk proses penuangan dengan waktu peleburan relatif singkat dan biaya operasi lebih murah.

  Selain sifat-sifat tersebut diatas, masih banyak sifat-sifat aluminium yang menguntungkan antara lain anti magnetik, nilai arsitektur dan dekoratif, mudah untuk dilakukan proses pengerjaan akhir (finishing) dan lain sebagainya.

2.2. Produksi Alumina

  Aluminium di produksi dari bauksit yang merupakan campuran gibbsite [Al (OH) ], diaspore [Al O(OH)] dan mineral lempung seperti kaolinit [Al Si O (OH) ].

  3

  2

  2

  5

  4 Proses aluminium dari bauksit melalui dua tahap, yaitu :

  a. Proses pengolahan alumina (Al

  

2 O

3 )

  b. Proses Elektrolisa alumina menjadi aluminium Proses produksi dibuat dua tahap karena sedikit lebih sulit untuk memisahkan antara

  7

  2.2.1. Proses Pengolahan Alumina

  Proses pengolahan bauksit menjadi alumina dilakukan melalui suatu rangkaian proses yang di sebut proses Bayer. Bauksit di masukkan ke dalam larutan (Na OH) dan alumina yang terdapat di dalamnya akan membentuk sodium aluminat. Setelah pemisahan sodium aluminat dari zat lainnya, lalu didinginkan secara perlahan sampai temperatur 25 C

  35 C untuk mengendapkan aluminium hidroksida Al (OH)

  3 ,

  kemudian Al (OH)

  3 dicuci dan selanjutnya dipanaskan sampai temperatur 110 C

  120 C untuk menghasilkan aluminium oksida (Al

  2 O 3 ). Dari proses tersebut didapatkan alumina yang siap pakai.

  2.2.2. Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  Pada proses elektrolisa alumina, alumina yang telah diperoleh melalui proses pengolahan bauksit, diproses lagi secara elektrolisa pada temperatur tinggi dengan proses Hall Heroult. Karena alumina mempunyai titik leleh yang tinggi (2000

  C), maka alumina tersebut dilarutkan ke dalam cairan Criolite (Na

  3 Al F 6 ) yang bertindak

  sebagai elektrolit, sehingga titik leleh menjadi lebih rendah (1000 C).

  Cara elektrolisa lain untuk alumina menggunakan dapur cell, biasanya dapur cell dengan ukuran ± 2,5 m 1,5 m 0,6 m dan memerlukan arus listrik antara

  × ×

  8000 30000 A pada tegangan 7 V. Anoda perlahan-lahan terbakar oleh elektroda bermuatan positif.

  8 Gambar 2.1 Proses Elektrolisa Alumina Dengan Dapur Cell (Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah,USD Yogyakarta)

  Apabila arus listrik melewatinya, alumina bermuatan positif akan tertarik ke pelapis dapur yang merupakan elektroda negatif (katoda), dan akan di dapat aluminium cair yang terkumpul di dasar dapur dan dapat di ambil bila perlu, sementara oksigen akan sampai ke anoda dan terbakar.

Gambar 2.2 Proses Elektrolisa Alumina Menjadi Aluminium

  (Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah,USD Yogyakarta)

  9

2.3. Aluminium Murni

  Aluminium yang didapat dalam keadaan cair dengan elektrolisa, umumnya mencapai kemurnian 99,85 % berat. Dengan mengelektrolisa kembali dapat dicapai kemurnian 99,99 % berat yaitu dicapai dengan empat angka sembilan.

Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisik Aluminium

  (Sumber : Surdia T,Saito S, : Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134) Sifat-sifat Kemurnian Al (%)

  99,996 > 99,0 Massa jenis (20

  C) 2,6989 2,71 Titik cair 660,2 653-657 Panas jenis (cal/g C)(100) 0,2226 0,2297 Hantaran listrik (%) 64,94

  59 Tahanan listrik koefisien temperatur (

  C) 0,00429 0,0115

• 6 -6

  Koefisien pemuaian (20-100

  C) 23,86 10 23 x 10

  ×

  Jenis kristal, kontraksi kisi Fcc,a = 4,013kX Fcc,a = 4,04kX Catatan : fcc = face centered cubic ; kubus berpusat muka

  10 Tabel 2.2 Sifat-Sifat Mekanik Aluminium (Sumber : Surdia T,Saito S, :Pengetahuan Bahan Teknik, hal 134)

  Sifat-sifat Kemurnian Al (%) 99,996 >99,0 75% dirol Diaging Diaging H18 ₂ dingin Kekuatan tarik (kg/mm ) ₂ 4,9 11,6 9,3 16,9 Kekuatan mulur(0,2%)(kg /mm )

  1,3 11,0 3,5 14,8 Perpanjangan (%) 48,8 5,5

  35

  5 Kekerasan Brinell

  17

  27 23 4,4

  Sifat-sifat fisik dan sifat-sifat mekanik yang ditunjukkan dalam Tabel 2.1 dan Tabel 2.2, ketahanan korosi berubah menurut kemurnian, aluminium dengan kemurnian 99,0 % atau di atasnya dapat dipergunakan di udara selama bertahun- tahun. Hantaran listrik aluminium kira-kira 65 % dari hantaran listrik tembaga, tetapi massa jenisnya kira-kira sepertiganya sehingga memungkinkan untuk perluasan penampangnya. Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk kabel-kabel tenaga dan bisa untuk lembaran tipis (foil). Aluminium dengan kadar 99,0 % dapat dipergunakan untuk reflektor yang memerlukan reflektipitas yang tinggi dan juga untuk kodensor elektrolitik dipergunakan aluminium dengan angka sembilan empat.

  11

2.4. Aluminium Paduan

  Penggunaan aluminium pada umumnya terbatas pada aplikasi yang tidak terlalu mengutamakan faktor kekuatan seperti penghantar panas dan listrik, perlengkapan bidang kimia, lembaran (plat) dan sebagainya. Salah satu usaha untuk meningkatkan aluminium murni adalah dengan proses pengerasan regang atau dengan perlakuan panas (heat tretment). Tetapi cara ini tidak senantiasa memuaskan bila tujuan utama adalah untuk menaikan kekuatan bahan.

  Pada perkembangan selanjutnya, peningkatan kekuatan aluminium dapat dicapai dengan menambahkan unsur-unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur-unsur paduan tersebut dapat berupa tambahan tembaga (Cu), Mangan (Mn), silikon (Si), magnesium (Mg), seng (Zn), dan lain-lain. Kekuatan aluminium paduan dapat dinaikan lagi dengan pengerasan regang atau dengan perlakuan panas. Sifat-sifat lainnya seperti mampu cor dan mampu mesin juga bertambah baik, dengan demikian penggunaan aluminium paduan lebih luas dibandingkan dengan aluminium murni.

2.4.1. Klasifikasi Paduan Aluminium

  Paduan aluminium diklasifikasikan dalam berbagai standard oleh berbagai negara. Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi dua kelompok umum yaitu : Paduan aluminium cor (cast aluminium alloys)

  Paduan aluminium tempa (wrought aluminium alloys) Setiap kelompok tersebut dibagi lagi menjadi dua kategori, yaitu paduan

  12 (non heat treatable alloys). Sistem penandaan untuk kedua kelompok paduan tersebut tercantum pada Tabel 2.3. di bawah ini :

Tabel 2.3 Klasifikasi Paduan Aluminium Cor

  (Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur,Diktat Kuliah,USD Yogyakarta) Seri Paduan Unsur Paduan utama

  1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx

  Al ≥ 99 % Cu Si + Cu atau Mg Si Mg Tidak digunakan Zn Zn Sn

  13

2.4.2. Paduan Aluminium Cor

  Laju pendinginan ini tergantung pada jenis cetakan yang digunakan. Dengan cetakan logam, pendinginan akan berlangsung lebih cepat dibanding dengan cetakan pasir sehingga struktur logam cor yang dihasilkan akan lebih halus dan menyebabkan peningkatan sifat mekaniknya. Tabel 2.4 memperlihatkan sifat-sifat mekanik beberapa paduan aluminium cor.

  17Si – 4,5Cu- 0,6Mg Cetakan pasir

  5

  Cetakan pasir F 130 200

  5,8Zn - 0,6 Mg - 0,5Cr - 0,2Ti

  3 712.0

  12Si – 1,3 Fe Tekanan F 160 280

  1 413.0

  <0,5

  280 310

  270 290

  Tekanan T6 T5

  7Si - 0,3 Mg Cetakan pasir T6 160 230 1,5 390.0

Tabel 2.4 Sifat-Sifat Mekanis Paduan Aluminium Cor

  Struktur mikro paduan aluminium cor (berhubungan erat dengan sifat-sifat mekaniknya) terutama tergantung pada laju pendinginan saat pengecoran dilakukan.

  5 308.0 5,5 Si - 4,5 Cu Cetakan pasir F 90 150

  (%) 295.0 4,5 Cu - 1 Si Cetakan pasir T6 165 250

  (Mpa) Regangan

  σ

  (Mpa) ^u

  σ

  Perlakuan Panas ^{2 yo}

  Proses Pembuatan

  Komposisi Rata-rata (%)

  (Sumber : Malau V : Bahan Teknik Manufaktur, Diktat Kuliah,USD Yogyakarta) Paduan

  1 356.0

  14

2.4.3. Paduan Al-Cu Paduan Al-Cu sangat jarang digunakan karena tingkat kecairannya jelek.

  Paduan Al-Cu dapat di perbaiki dengan menambahkan unsur Si. Karena bahan ini memiliki sifat cukup baik pada penggunaan suhu tinggi bisa ditambahkan unsur Ni dan Mg.

  Paduan aluminium dengan kadar Cu 4,5 % memiliki sifat-sifat mekanis dan mampu mesin yang baik, sedangkan mampu cor bahan ini kurang baik.

  Paduan Al-Cu-Si dengan kadar 4 – 5 % Si pada paduan dapat memperbaiki mampu cor aluminium. Paduan Al-Cu-Si biasa dipakai untuk rangka utama katup- katup. Komposisi paduan adalah :

  Cu : 4,20 % Si : 4,58 % Fe : 0,14 % dan Al : sisanya

2.5. Pengaruh Unsur Paduan Dalam Aluminium

  Paduan-paduan biasanya dipakai untuk meningkatkan pengaruh positif pada aluminium tetapi memiliki pengaruh negatif juga.

  1. Unsur Magnesium (Mg) Unsur magnesium memberikan pengaruh positif yaitu :

  Mempermudah proses penuaan

  15 Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Meningkatkan kekuatan mekanis

  Menghaluskan butiran kristal secara efektif Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut / impact

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Mg : Meningkatkan kemungkinan timbulnya cacat pada hasil cor.

  2. Unsur Besi (Fe) Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi pada paduan aluminium :

  Mencegah terjadinya penempelan logam cair pada cetakan selama proses penuangan.

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi : Penurunan sifat mekanis Penurunan kekuatan tarik Timbulnya bintik keras pada hasil coran Peningkatan cacat porositas.

  3. Unsur Seng (Zn) Pada paduan aluminium unsur seng memberikan pengaruh positif berupa :

  Meningkatkan sifat mampu cor Meningkatkan kemampuan dimesin Mempermudah dalam pembentukan Meningkatkan keuletan bahan

  16 Pengaruh negatif unsur seng pada paduan aluminium adalah : Menurunkan ketahanan korosi Menurunkan pengaruh baik dari unsur besi, dan bila kadar Zn terlalu tinggi dapat menimbulkan cacat rongga udara.

  4. Unsur Titanium (Ti) Pengaruh positif dari unsur titanium pada aluminium adalah : Meningkatkan kekuatan hasil cor pada temperatur tinggi Memperhalus butir kristal dan permukaan Mempermudah proses penuangan.

  Unsur titanium memberikan pengaruh negatif terhadap paduan aluminium : Menaikan viskositas logam cair dan mengurangi fluiditas logam cair.

  5. Unsur Silikon (Si) Pengaruh positif dari unsur silicon dalam paduan aluminium adalah :

  Mempermudah proses pengecoran Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Memperbaiki sifat-sifat atau karakteristik coran Menurunkan penyusutan dalam hasil coran

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur Si adalah : Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut Hasil cor akan rapuh jika kandungan silikon terlalu tinggi.

  6. Unsur Mangan (Mn)

  17 Meningkatkan kekuatan dan daya tahan pada temperatur tinggi Meningkatkan daya tahan terhadap korosi Mengurangi pengaruh buruk unsur besi

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur mangan yaitu : Menurunkan kemampuan penuangan Meningkatkan kekerasan butiran partikel

  7. Unsur Tembaga (Cu) Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur tembaga yaitu :

  Meningkatkan kekerasan bahan Memperbaiki kekuatan tarik Mempermudah proses pengerjaan dengan mesin.

  Pengaruh negatif yang ditimbulkan : Menurunkan daya tahan terhadap korosi Mengurangi keuletan bahan Menurunkan kemampuan dibentuk dan di rol.

  8. Unsur Nikel (Ni) Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur nikel yaitu :

  Meningkatkan kekuatan dan ketahanan bahan pada temperatur tinggi Penurunan pengaruh buruk unsur besi dalam paduan Meningkatkan daya tahan terhadap korosi

  18

2.6. Pengujian Bahan

  Pengujian bahan dimaksudkan untuk mengetahui sifat-sifat bahan dari bahan yang di uji. Sifat-sifat suatu bahan meliputi :

  1. Sifat mekanis Tegangan tarik Modulus elastis Beban patah Tegangan kelelahan Kekerasan Tegangan elastis Tahanan keausan,dll.

  2. Sifat kimia Tahanan pada korosi Tahanan pada oksidasi Stabilitas, reaktifitas

  3. Sifat phisik Kerapatan Konduktivitas listrik Konduktivitas panas Reflektivitas Energi permukaan

  19 Secara garis besar, pengujian mekanis terhadap benda uji dapat dibedakan atas pengujian bersifat merusak benda uji (destruktif) dan pengujian bersifat tidak merusak benda uji (non destruktif). Pengujian bersifat merusak benda uji akan menimbulkan kerusakan berarti pada benda uji setelah pengujian selesai.

  Pegujian bersifat merusak benda uji meliputi : Uji tarik Uji kelelahan Uji lengkung Uji kejut Uji geser Uji puntir Uji tekan,dll. pengujian bersifat tidak merusak benda uji meliputi :

  Uji kekerasan (Brinell, Rockwell, Vickers, Knoop) Uji Zyglo Uji Magnetografis Uji Ultrasonik Uji ames Uji magnaflux Uji sinar X, sinar

  γ

  20

2.7. Pengujian merusak

  Pada penelitian sifat-sifat mekanis pada aluminium paduan dalam pengujian merusak digunakan pengujian tarik dan pengujian kelelahan.

2.7.1. Pengujian tarik

  Pengujian tarik adalah pengujian bahan dengan cara bahan atau benda uji diberi beban tarik secara perlahan-lahan sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji. Perbandingan antara pertambahan panjang ( ∆ L) dengan panjang awal benda uji (L) di sebut Regangan ( ε ) :

  L ∆

  ε = L

  Perbandingan antara perubahan penampang setelah pengujian dan penampang awal (sebelum pengujian) disebut kontraksi ( ) :

  ψ A A

  − _f = ψ

  A

  Dengan : A = Luas penampang awal benda uji A f = Luas penampang akhir benda uji Hubungan antara tegangan yang timbul σ ( σ = F/A) dan regangan yang timbul ( ε ) selama pengujian dapat diperlihatkan pada Gambar 2.3 :

  21 Gambar 2.3 Hubungan Tegangan dan Regangan Uji Tarik _p

  I L .

  L L ∆ = ε

  dan

  A F = σ

  Dengan mengambil

  = = ∆

  . .

  A E L F A L F x E

  σ

  Hukum Hooke :

  σ ) yaitu tegangan tertinggi dimana hokum Hooke masih berlaku.

  Tegangan pada titik P disebut tegangan batas proporsional ( _p

  masing-masing merupakan regangan pada saat pembebanan benda pada titik- titik X,T,B (XX’//TT’//BB’//PO).

  σ = tegangan luluh _t σ = tegangan tarik _B σ = tegangan patah _{B t x} ε ε ε _{, ,}

  = tegangan proporsional _{σ y} = tegangan elastis (yielding stress) ₁

  , maka hokum Hooke diatas dapat dinyatakan dalam bentuk : x E

  = σ ε

  Apabila beban tarik diperbesar sampai titik Y (ada pertambahan panjang L),

  ∆

  kemudian beban di turunkan sampai ke titik 0 (beban ditiadakan), maka benda uji akan kembali ke panjang semula (L). Tetapi bila pembebanan sudah berada di atas titik Y (dengan pertambahan panjang tertentu), kemudian di turunkan sampai titik 0 (beban di tiadakan), maka benda uji tidak akan kembali kepanjang semula. Dalam hal ini benda uji telah mempunyai regangan permanen atau disebut regangan plastis.

  Dalam kondisi ini dapat di simpulkan bahwa titik Y disebut tegangan elastis bahan ( ).

  σ y

  Tegangan maksimum disebut juga kekuatan tarik (tensile streng) merupakan

  σ t

  tegangan tertinggi yang dimiliki benda uji sebagai reaksi terhadap beban yang diberikan. Setelah titik T, tegangan turun dan benda uji akhirnya putus pada saat tegangan . Selama pembebanan berlangsung dari titik 0 sampai titik T, diameter

  σ _B

  benda uji mengecil secara seragam (terjadi pertambahan panjang). Selama pembebanan berlangsung dari titik T sampai titik B, diameter benda uji berubah tidak seragam melainkan terjadi pengecilan setempat lebih cepat dibandingkan dengan tempat-tempat lainnya. Pengecilan diameter setempat ini disebut “necking” dan pada akhirnya benda uji putus pada daerah necking tersebut.

  Hukum Hooke hanya berlaku pada benda-benda yang memiliki batas proporsional seperti baja lunak, sedang pada benda-benda yang tidak memiliki batas proporsional seperti besi tuang dan tembaga, hokum Hooke tidak berlaku. Sifat-sifat terhadap beban tarik :

  1. Modulus elastis Modulus elastis adalah ukuran kekakuan suatu bahan, makin besar modulus elastisnya maka makin kecil regangan elastis yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Modulus elastis suatu bahan ditentukan oleh gaya ikatan antar atom pada bahan tersebut, karena gaya ini tidak dapat diubah tanpa terjadi perubahan mendasar sifat bahannya, maka modulus elastis merupakan salah satu dari banyak sifat mekanik yang tidak mudah diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas atau pengerjaan dingin. Pada tegangan tarik rendah terdapat hubungan linear antara tegangan dan regangan dan disebut daerah elastis, pada daerah ini berlaku hukum Hooke.

  2. Batas elastis Batas elastis adalah tegangan terbesar yang masih dapat ditahan oleh suatu bahan tanpa terjadi regangan sisa permanen yang terukur pada saat beban ditiadakan dengan bertambahnya ketelitian pengukuran regangan.

  3. Batas proporsional Batas proporsional adalah tegangan maksimum elastis bahan, sehingga apabila tegangan-tegangan yang diberikan tidak melebihi proporsional, bahan tidak akan mengalami deformasi dan akan kembali kebentuk semula.

  4. Kekuatan luluh Kekuatan luluh adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan

  5. Tegangan tarik maksimum Tegangan tarik maksimum adalah beban tarik maksimum yang dapat ditahan material sebelum patah.

2.7.2. Pengujian kelelahan

  Kelelahan berkaitan dengan perpatahan logam secara prematur karena tegangan rendah yang terjadi secara berulang-ulang. Untuk menyatakan karakteristik tegangannya, hal-hal yang perlu diperhatikan :

  1. Besar tegangan maksimum

  2. Tegangan rata-rata yang cukup besar 3. Periode siklus tegangan.

  Adapun rumus untuk mencari tegangannya adalah sebagai berikut :

  W L ×

  2

  2 (kg/mm )

  σ = π ³ d

  ×

  32 Dengan : L = jarak antar tumpuan (mm)

   d = diameter ukur (mm)

  W = beban pada pengujian tarik (kg) Dalam menentukan batas kelelahan kita perlu menyelesaikan semua pengujian terlebih dahulu dan kemudian baru membuat diagram S-N sehingga dapat kita ketahui ketahanan terhadap kelelahan. Pada grafik akan terlihat garis mendatar setelah diberi tegangan dan jumlah siklus antara satu juta sampai sepuluh juta dianggap bahan sudah melalui ketahanan lelahnya. Tegangan maksimum yang diberikan kepada benda uji dan yang tidak mengakibatkan kepatahan lelah untuk jumlah pergantian beban (cycle) yang tak terbatas dinamakan Fatique Limit (batas lelah) atau Endurance Limit.

2.8. KOROSI

  Korosi (karat) gejala destruktif yang mempengaruhi semua logam. Walaupun besi bukan logam pertama yang dimanfaatkan, tetapi besi paling banyak digunakan dan paling awal menimbulkan korosi.

  Pencegahan korosi atau karat sejak awal sampai sekarang, banyak membebani peradaban manusia dikarenakan : a. Biaya korosi sangat mahal, baik akibat korosi maupun pencegahannya.

  b. Korosi sangat memboroskan sumber daya alam.